DE2744042C2 - Heat exchanger for the thermal treatment of fine-grained goods - Google Patents
Heat exchanger for the thermal treatment of fine-grained goodsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur mehrfach gestuften thermischen Behandlung von feinkörnigem Gut in durch Gasleitungen miteinander verbundenen Zyklonabscheidern, die vom Abgasstrom eines Brennofens, vorzugsweise eines Drehrohrofens nacheinander durchströmt werden, wobei in Strömungsrichtung des Abgasstromes wenigstens die zwei untersten Wärmetauscherzyklone annähernd auf gleicher Höhe paarweise angeordnet sind und die verbindende Gasleitung aus dem ersten gasableitenden Zyklon des Zyklonpaares vertikal ausmündet, anschließend bogenförmig umgelenkt und in den zweiten Zyklon des Zyklonpaares annähernd horizontal einmündet.The invention relates to a heat exchanger for the multi-staged thermal treatment of fine-grained material in cyclone separators connected to one another by gas lines, which are drawn from the exhaust gas flow of a kiln, preferably a rotary kiln are flowed through one after the other, with at least the two in the flow direction of the exhaust gas flow Lowermost heat exchanger cyclones are arranged in pairs at approximately the same level and the connecting gas line opens out vertically from the first gas-discharging cyclone of the cyclone pair, then deflected in an arc and opens into the second cyclone of the cyclone pair almost horizontally.
Für die Behandlung von feinkörnigem Gut in einem Brennofen-Abgasstrom, insbesondere für die Vorwärmung und Entsäuerung von Zementrohmehl mittels gesonderter Brennstoffzufuhr in einen Schwebegaswärmetauscher gibt es bekannte und in großer Zahl verwendete Einrichtungen, die jeweils aus mehreren gasseitig hintereinandergeschalteten und mittels Rohrleitungen verbundenen Zyklonabscheidern bestehen. Der überwiegenden Zahl der verschiedenen Bauarten eines solchen Systems ist gemeinsam, daß die vom Behandlungsgas nacheinander durchströmten Zyklonabscheider, mit relativ großen Abständen angeordnet sind, um dem zu behandelnden feinkörnigen Gut das Durchlaufen der Einrichtung allein zufolge der Schwerkraft zu ermöglichen und bei der gesonderten Zufcuerung von Brennstoff in den Wärmetauscher genügend lange Ausbrennstrecken insbesondere in den Rohrleitungen /wischen dem EJrennofen und der heißesten Stufen desFor the treatment of fine-grained material in a kiln exhaust gas stream, in particular for the preheating and deacidification of cement raw meal by means of a separate fuel supply in a suspended gas heat exchanger, there are known and large numbers of devices that each consist of several cyclone separators connected in series on the gas side and connected by pipelines. Of the The predominant number of the different types of such a system have in common that the cyclone separators through which the treatment gas flows one after the other are arranged at relatively large intervals the fine-grained material to be treated is only allowed to pass through the device due to gravity enable and, with the separate feeding of fuel into the heat exchanger, sufficiently long burnout sections, especially in the pipelines / between the kiln and the hottest stages of the Wärmetauschers zu erhalten. Die Folge dieser Bauweise ist naturgemäß eine relativ große Bauhöhe der als Mehrfach-Zyklonwärmetauscher bekannten Vorrichtung (DE-PS 12 82 232).Obtain heat exchanger. The consequence of this design is naturally a relatively large overall height as Multiple cyclone heat exchanger known device (DE-PS 12 82 232).
Aus der US-PS 32 35 239 ist ein Mehrfach-Zyklonwärmetauscher für eine Zementherstellungsanlage bekannt, bei dem die von heißen Behandlungsgasen aus einem Drehofen und aus einer Brennkammer mu Zusatzfeuerung nacheinander durchströmten Zyklonab-From US-PS 32 35 239 a multiple cyclone heat exchanger for a cement production plant is known, in which the hot treatment gases from a rotary kiln and from a combustion chamber additional firing must flow through cyclone exhaust scheider horizontal nebeneinander angeordnet sind. Die Folge dieser Bauweise ist eine räumlich sehr große Bautiefe des Wärmetauschers. Die zwangsläufig langen gas- und gutführenden Leitungen erfordern zusätzliche Investitionskosten. Schließlich führen die langen Gaslei-separators are arranged horizontally next to each other. The consequence of this design is that the heat exchanger has a very large spatial depth. The inevitably long gas and well-running lines require additional investment costs. After all, the long gas lines tungcn zu hohen Druckvcrlusten in der Anlage, so daß deren Wirtschaftlichkeit stark beeinträchtigt wird. Ebenso sind verfahrenstechnische Schwierigkeiten zu erwarten, da bedingt durch die hohen Druckverluste in den langen Gasleitungen Gutanbackungen an den Leilead to high pressure losses in the system, so that whose profitability is severely impaired. There are also procedural difficulties expect caking on the lei due to the high pressure losses in the long gas lines tungswänden zu erwarten sind.partitions are to be expected.
Ferner ist aus der DE-AS 15 42 462 ein Wärmetauscher bekannt, der aus mehreren, miteinander über Gasleitungen verbundenen Zyklonabscheidern besteht, die vom Abgasstrom eines Drehrohrofens nacheinanderFurthermore, from DE-AS 15 42 462 a heat exchanger is known which consists of several cyclone separators connected to one another via gas lines, which from the exhaust gas flow of a rotary kiln one after the other durchströmt werden. In Strömungsrichtung der Abgase gesehen sind zum Beispiel die zwei untersten Wärmetauscherzyklone etwa auf gleicher Höhe paarweise angeordnet, wobei die diese Zyklone miteinander verbindende Gasleitung aus dem gasableitenden ersten Zy-are flowed through. In the direction of flow of the exhaust gases seen, for example, the two lowermost heat exchanger cyclones are arranged in pairs at approximately the same height, with the gas line connecting these cyclones from the gas-discharging first cycle klon senkrecht ausmündet, nach sehr kurzer Distanz bogenförmig umgelenkt wird, teilweise abwärts geführt ist und schließlich in den /weiten Zyklon annähernd horizontal einmündet. Dieser Wärmetauscher enthält keine zur Vorkalzination des Gutes innerhalb des Wär-clone empties vertically, is deflected in an arc after a very short distance, partially guided downwards and finally opens into the / wide cyclone almost horizontally. This heat exchanger contains none for the pre-calcination of the goods within the heating
J5 metauschcrs angeordnete Kalzinationszone und keine Brennstoffzuführungen und keine Luftzufühmngen zur Bereitstellung von Brennstoffwärme innerhalb der Kalzinationszone. Der hier bekannte Wärmetauscher zeigt ebenfalls eine räumlich große Bautiefe: verbunden mitJ5 alternately arranged calcination zone and none Fuel feeds and no air feeds to provide fuel heat within the calcination zone. The heat exchanger known here shows also a spatially large construction depth: connected with dem langen für die Kalzinierung und Sinterung ausgelegten Drenrohrofen ist die Gesamtanlage unvertretbar aufwendig.The entire system is unacceptable to the long Dren tube furnace designed for calcination and sintering laborious.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ohne Verzicht auf höchstmögliche Wirksamkeit der WärmetauschereinThe object of the invention is therefore without waiving maximum effectiveness of the heat exchangers richtung, das heißt ohne Verringerung der Zyklonstu fenzahl, sowohl die Bauhöhe als auch die Bautiefe eines solchen Mehrfach-Zyklonwärmetauschers spürbar zu verringern und durch Anordnung einer Zusatzfeuerung im Wärmetauscher eine so große thermische Entlastungdirection, that is, without reducing the cyclone rate fenzahl, both the height and the depth of such a multiple cyclone heat exchanger noticeably reduce and by arranging an additional combustion in the heat exchanger such a large thermal relief des Brennofens zu erzielen, daß gleichzeitig der Einsatz von Kurzbrennöfen möglich wird.of the kiln that the use of short kilns is possible at the same time.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Verbindungsleitung zwischen dem untersten Zyklonpaar und die Abgasleitung des Drehrohr-The solution to this problem is, according to the invention, that the connecting line between the lowest pair of cyclones and the exhaust pipe of the rotary tube ofens und/oder der Guteinlaufbereich des Drehrohrofens jeweils mindestens eine Brennstoff-Zuführung und jeweils mindestens eine Verbrennungsluft-Zuführung aufweisen, wobei die Brennstoff-Zuführung und die Verbrennungsluft-Zuführung unmittelbar nach derfurnace and / or the material inlet area of the rotary kiln each have at least one fuel supply and each have at least one combustion air supply, the fuel supply and the combustion air supply immediately after the
Mt Ausmündung der Verbindungsleitung aus dem ersten gasabtleitenden Zyklon angeordnet sind.Mt outlet of the connecting line from the first gas-discharging cyclone are arranged.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die nach dem Schwebegasprinzip arbeitenden Zyklonwärmetauscher mit Zusatzfeuerung, insbesondere für die Vorwär-By this measure it is achieved that the cyclone heat exchangers working according to the floating gas principle with additional firing, in particular for the preheating
h5 mung und die Entsäuerung des Kalziumkarbonalanteils eines Zcmcntrohmchls sowohl in der Bauhöhe als auch in der Bautiefe gedrungen und kompakt ausgeführt werden können. ßci gleicher thermischer Wirksamkeit desh5 mung and deacidification of the calcium carbonate content a Zcmcntrohmchls both in height and can be stocky and compact in terms of installation depth. ßci the same thermal effectiveness of the
Wärmetauschers werden dessen Investitionskosten gesenkt. Mit I iilfc der gestuften Reaktionsstrecke im Wärmetauscher wird ein wesentlicher Teil der für die Behandlung des Gutes erforderlichen Wärme^rbeit aus dem Drehrohrofen in den Wärmetauscher integriert, so daß mit großem Vorteil ein sogenannter Kurzdrehofen eingesetzt werden kann. Hierdurch kann die gesamte Zementherstellungsanlage als Kompaktanlage konzipiert werden, deren Investitionskosten entsprechend niedrig angesetzt werden und die Gesamtwirtschaftlichkeit des Zementherstellungsprozesses kann verbessert werden. Zweckmäßig ist hierbei, daß die Zyklonpaare in Strömungsrichtung des Abgasstromes übereinander angeordnet sind.The investment costs of the heat exchanger are reduced. With I iilfc the stepped reaction section in the heat exchanger an essential part of the heat required for the treatment of the goods the rotary kiln integrated into the heat exchanger, so that a so-called short rotary kiln is of great advantage can be used. This means that the entire cement production plant can be designed as a compact plant whose investment costs are set accordingly low and the overall profitability the cement manufacturing process can be improved. It is useful here that the cyclone pairs in Direction of flow of the exhaust gas flow are arranged one above the other.
Aus der DE-PS 12 50 059 ist zwar eine Einrichtung zum Vorerhitzen von Zementrohmehl in mehreren nebeneinander und in Stufen übereinander angeordneten Zyklonen bekannt, die nacheinander von den Abgasen eines Drehrohrofens durchströmt werden. F;nige Zyklone weisen dabei eine Wirbelkammer auf, die auf dem Zyklon aufgesetzt ist. Von dieser Wirbelkammer geht horizontal ein Abgasrohr zu einem gasseitig nachgeschalteten Zyklon. Hierdurch kann zwar die Verweilzeit des Gutes im heißen Ofenabgasstrom intensiviert werden, eine wesentliche Reduzierung der Bauhöhe der Wärmetauschereinheit läßt sich jedoch dadurch nicht erreichen. Abgesehen davon, daß zusätzlich nicht unbeträchtliche Investitionskosten für die Wirbelkammer anfallen, fehlt es bei dieser Einrichtung an einer Zusatzfeuerung für die gesonderte thermische Behandlung des Gutes im Wärmetauschersystem.From DE-PS 12 50 059 a device for preheating raw cement meal in several cyclones arranged next to one another and in stages one above the other is known through which the exhaust gases of a rotary kiln flow through one after the other. F ; Some cyclones have a swirl chamber that is placed on top of the cyclone. An exhaust pipe goes horizontally from this vortex chamber to a cyclone downstream on the gas side. In this way, the dwell time of the material in the hot furnace exhaust gas flow can be intensified, but a substantial reduction in the overall height of the heat exchanger unit cannot be achieved as a result. Apart from the fact that there are also not inconsiderable investment costs for the vortex chamber, this device lacks additional firing for the separate thermal treatment of the material in the heat exchanger system.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Drehrohrofen-Abgasleitung und/oder die Zyklon-Verbindungsleitung über eine Luftleitung mit einem Gutkühler für das im Drehrohrofen fertig behandelte Gut in Verbindung stehen. Hierdurch kann der gestuften Brennstrecke im Wärmetauscher vorgewärmte Verbrennungsluft zugeführt werden, die vorzugsweise an der heißesten Stelle aus dem Gutkühler entnommen wird.In a further embodiment of the invention it is provided that the rotary kiln exhaust gas line and / or the cyclone connecting line via an air line are connected to a material cooler for the material finished in the rotary kiln. This allows the staged combustion path in the heat exchanger preheated combustion air are supplied, which is preferably is taken from the cooler at the hottest point.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment.
Der einem Drehrohrofen 1 mit Gutkühler 2 vorgeschaltete Zyklonwärmetauscher 3 weist ein auf etwa gleicher Höhe angeordnetes Zyklonpaar 4, 5 auf, dem ein weiteres Zyklonpaar 6, 7 übergeordnet ist. Ein Doppelzyklon 8 bildet den Abschluß des Zyklonwürmeiauschers 3. Der erste Zyklon 4 des untersten Zyklonpaars 4, 5 steht über eine Abgasleitung 9 mit dem Drehrohrofen 1 in Verbindung. Das Zyklonpaar 4,5 ist über eine Verbindungsleitung 10 miteinander verbunden, die nach der etwa vertikalen Ausmündung aus dem ersten Zyklon 4 bogenförmig umgelenkt ist und teilweise abwärts geführt wird und dann in den gasseitig nachfolgenden Zyklon 5 des untersten Zyklonpaares horizontal einmündet. Von dem Zyklon 5 führt wiederum eine Gasleitung 11 in den ersten Zyklon 6 des übergeordneten Zyklonpaares 6, 7, die ebenfalls auf gleicher Höhe nebeneinander angeordnet sind und durch eine umgelenkte und teilweise abwärtsgeführie Gasleitung 12 miteinander in Verbindung stehen. Der letzte Zyklon 7 des oberen Zyklonpaares ist dann über eine weitere Gasleitung S3 mit dem Doppelzyklon 8 verbunden, aus dem eine Abgasleitung t4 zu einem Abgasgebläse 15 geführt ist.The one upstream of a rotary kiln 1 with material cooler 2 Cyclone heat exchanger 3 has a cyclone pair 4, 5 arranged at approximately the same height, the another pair of cyclones 6, 7 is superordinate. A double cyclone 8 forms the end of the cyclone worm ocher 3. The first cyclone 4 of the lowest pair of cyclones 4, 5 is connected to the rotary kiln via an exhaust pipe 9 1 in connection. The cyclone pair 4.5 is connected to one another via a connecting line 10, which according to the approximately vertical outlet from the first cyclone 4 is deflected in an arc shape and partially downwards is performed and then opens horizontally into the cyclone 5 of the lowermost cyclone pair that follows the gas side. From the cyclone 5, in turn, a gas line 11 leads into the first cyclone 6 of the higher-level cyclone pair 6, 7, which are also arranged next to one another at the same height and deflected by a and partially downward gas line 12 are in communication with one another. The last cyclone 7 of the upper one Cyclone pair is then connected to the double cyclone 8 via a further gas line S3, from which one Exhaust pipe t4 is led to an exhaust fan 15.
An der Abgasleitung 9 ist eine Brennstoff-Zuführung 16 und eine Verbrennungsluft-Zuführung 17 angeordnet. Außerdem weist die Abgasleitung 9 im Bereich des Ofeneinlaufkopfcs eine Einrichtung 18 für einen Teilgusab/.ug auf. Die Verbindungsleitung 10 zwischen dem untersten Zyklonpaar 4, S weist kurz nach der Ausmündung aus dem gasseitig ersten Zyklon 4 ebenfalls eine gesonderte Brennstoff-Zuführung 16' und eine Verbren-■j nungslui't-Zuführung 17' für die Zuführung heißer Kühlerabluft auf. In der zwischen dem Doppelzyklon 8 und dem oberen Zyklonpaar verlaufenden Gasleitung 13 ist eine Zuführungsleitung 20 für das zu behandelnde Gut angeordnet.A fuel feed 16 and a combustion air feed 17 are arranged on the exhaust pipe 9. In addition, the exhaust pipe 9 has a device 18 for a partial casting in the area of the furnace inlet head on. The connecting line 10 between the lowermost pair of cyclones 4, S points shortly after the outlet from the first cyclone 4 on the gas side likewise a separate fuel feed 16 'and a combustion ■ j nungslui't feed 17 'for the supply of hot cooler exhaust air on. In the gas line 13 running between the double cyclone 8 and the upper pair of cyclones a supply line 20 is arranged for the material to be treated.
.:o Im Betrieb der Anlage durchströmen die Abgase des Drehrohrofens 1 nacheinander die über die Abgasleitung 9 und die Verbindungsleitung 10 und die Gasleitungen U bis 13 verbundenen Zyklone 4 bis 8 des Zyklonwärmetauschers 3 und werden schließlich über die Abis gasleitung 14 von dem Systemgebläse 15 abgesaugt Das dem Zyklonwärmetauscher 3 bei 20 aufgegebene feinkörnige Behandlungsgut durchwandert — jeweils vom Gas mitgenommen und sodann im nächsten Zyklon vom Gas getrennt — jede Zyklonstufe im Gleichstrom, wobei der Zyklonwärmetauscher insgesamt jedoch im Gegenstrom arbeitet. Das fertigbehandelte feinkörnige Gut wird schließlich aus dem Zyklonwärmetauscher in die Einlaufkammer 19 des Drehrohrofens aufgegeben, in dessen Sinterzone das Gut gesintert und anschließend als gekühltes Sintergut aus dem Kühler 2 abgezogen wird. Zum intensiveren Stoff- und/oder Wärmetausch wird in die Verbindungsleitung 10 des unteren Zyklonpaares 4, 5 über die Brennstoff-Zuführung 16' Brennstoff und über die Verbrennungsluft-Zuführung 17' heiße Kühlerabluft als Verbrennungsluft eingegeben, so daß bereits in dieser Verbindungsleitung eine intensive thermische Behandlung des Gutes stattfinden kann, welches nachfolgend in dem Zyklon 5 dieses Zyklonpaares abgeschieden und in die Abgasleitung 9 eingeführt wird..: o When the system is in operation, the exhaust gases flow through the Rotary kiln 1 one after the other via the exhaust line 9 and the connecting line 10 and the gas lines U to 13 connected cyclones 4 to 8 of the cyclone heat exchanger 3 and are finally over the Abis gas line 14 sucked off by the system fan 15 The fine-grained material given to the cyclone heat exchanger 3 at 20 Material to be treated wanders through - each time taken by the gas and then from the next cyclone Gas separated - each cyclone stage in cocurrent, with the cyclone heat exchanger as a whole, however, in countercurrent is working. The finished, fine-grained material is finally removed from the cyclone heat exchanger in abandoned the inlet chamber 19 of the rotary kiln, in whose sintering zone the material is sintered and then is withdrawn from the cooler 2 as cooled sintered material. For more intensive material and / or heat exchange fuel is fed into the connecting line 10 of the lower pair of cyclones 4, 5 via the fuel feed 16 ' and entered hot cooler exhaust air as combustion air via the combustion air supply 17 ', see above that an intensive thermal treatment of the goods can already take place in this connecting line, which is subsequently deposited in the cyclone 5 of this cyclone pair and introduced into the exhaust pipe 9.
Dort wird das Gut in einer zweiten Prozeßstufe einer weiteren Wärmebehandlung unterzogen, zu der über die Brennstoff-Zuführung 16 eine entsprechend geregelte Brennstoffmenge und über die Verbrennungsluft-Zuführung 17 die entsprechend erforderliche Verbrennungsluft in die Abgasleitung geführt wird. Das im Zyklonwärmctauscher fertig behandelte Gut wird aus dem Zyklon 4 des untersten Zyklonpaares abgeschieden und über die Ofene;nlaufkammer 19 dem Drehrohrofen 1 zur Sinterung und hiernach dem Kühler 2 zur Gutkühlung zugeleitet.There, the material is subjected to a further heat treatment in a second process stage, for which a correspondingly regulated amount of fuel is fed via the fuel feed 16 and the correspondingly required combustion air is fed into the exhaust pipe via the combustion air feed 17. The material finished in the cyclone heat exchanger is separated from the cyclone 4 of the lowest cyclone pair and passed through the furnace ; The flow chamber 19 is fed to the rotary kiln 1 for sintering and then to the cooler 2 for product cooling.
Die erfindungsgemäße Bauweise für den Zyklonwärmciauscher mit zweigestufter gesonderter Brennstrekke gestattet vorteilhafterweise für den Bau eines fünfstufigen Systems die annähernd gleiche Bauhöhe, die sonst ein dreistufiges System hat. Außerdem wird durch die Integrierung einer zweigestuften gesonderten Brennstreckc im Zyklonwärmetauscher der Drehrohrofen ganz erheblich von Wärmearbeit entlastet, so daß in diesem lediglich die Sinterung des Gutes durchgeführt zu werden braucht, was den Einsatz eines sogenannten Kurzofens ermöglicht. Die Vorteile dieser Anlage sind nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern lassen sich auch bei Zyklonwärmctausehern anderer Bauweise erreichen.The construction according to the invention for the cyclone heater with two-stage separate fuel line advantageously allows for the construction of a five-stage System has almost the same overall height that a three-tier system would otherwise. In addition, through the integration of a two-stage separate Brennstreckc in the cyclone heat exchanger of the rotary kiln quite considerably relieved of heat work, so that only the sintering of the goods is carried out in this needs to be, which enables the use of a so-called short oven. The advantages of this system are not only limited to the illustrated embodiment, but can also be used with cyclone heaters other construction.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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